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引言：

           三級電液伺服閥包括先導閥、功率滑閥、位移傳感器和伺服控制器。筆者根據三級電液伺服閥的結構原理, 運用新型仿真軟件AMESim對其進行建模, 依據國外標準產品的參數來設置模型的各項參數并進行仿真, 根據仿真結果來驗證所建模型的正確性, 從而為閥的結構參數和控制器參數的優化設計提供了條件。 

 
摘要: 介紹三級電液伺服閥的結構原理, 利用AMESim仿真軟件對三級電液伺服閥建模, 依據國外標準產品設置模型的各項參數并進行仿真, 仿真結果驗證了建模的正確性, 從而為三級電液伺服閥結構參數和控制參數的優化設計提供了條件。
關鍵詞: 三級電液伺服閥; 模型; 仿真

三級電液伺服閥具有大流量和高響應等特點, 在六自由度運動模擬器、振動試驗臺和負載加載器等高性能設備上得到了廣泛的應用。但三級電液伺服閥的關鍵技術目前還掌握在少數國外廠商手里, 如美國的MOOG公司和德國的REXROTH公司等, 其產品已經標準化和系列化。國內對三級電液伺服閥的研究目前還處在試驗探索階段。雖然國內也有少數廠家能生產三級電液伺服閥, 但閥的各項性能指標都與進口閥有差距。這主要是因為在閥的結構參數和控制器參數優化設計、材料性能、制造工藝和檢測手段等方面與國外廠商還有較大差距。國內學者需要在這些方面進行深入的研究, 從而掌握三級電液伺服閥的關鍵技術。

三級電液伺服閥包括先導閥、功率滑閥、位移傳感器和伺服控制器。筆者根據三級電液伺服閥的結構原理, 運用新型仿真軟件AMESim對其進行建模, 依據國外標準產品的參數來設置模型的各項參數并進行仿真, 根據仿真結果來驗證所建模型的正確性, 從而為閥的結構參數和控制器參數的優化設計提供了條件。

1 三級電液伺服閥原理

三級電液伺服閥是為了滿足大流量要求而出現的一種先導式電液伺服閥, 其結構原理如圖1所示, 結構方框圖如圖2所示。它由一個小流量的雙噴嘴擋板式力反饋式二級伺服閥(先導閥)、功率滑閥、位移傳感器和伺服控制器組合而成。功率滑閥由先導閥驅動,通過位移傳感器檢測功率滑閥閥芯位移并反饋到伺服控制器構成位置閉環, 以實現閥芯位移與輸入信號成比例變化, 因輸出流量與閥芯位移成比例, 從而使得三級電液伺服閥的輸出流量與輸入信號成比例關系。

2 三級電液伺服閥建模

2.1 仿真軟件AMESim介紹

AMESim是法國IMAGINE公司推出的基于鍵合圖的液壓和機械系統建模仿真及動力學分析軟件。

AMESim是一個多學科領域的建模仿真平臺, 在統一的平臺上實現了多學科領域的系統工程的建模與仿真, 包括機械、液壓、氣動、熱、電和磁等物理領域。不同領域的模塊之間直接的物理連接方式使AMESim成為多學科領域系統工程建模和仿真的標準環境。AMESim 具有豐富的模型庫( 23 個模型庫,2 500 多個模塊, 每個模塊用直觀的ISO標準符號來示) , 用戶可以采用基本元素法, 用已有模塊按照實際物理系統來構建自定義模塊或仿真模型, 而不需要去推導復雜的數學模型。智能求解器能根據所建模型的數學特性自動地在17種算法中選擇最佳的積分算法,并具有精確的不連續性處理能力, 以縮短仿真時間和提高仿真精度。AMESim提供了齊全的分析工具以方便用戶分析和優化系統, 包括線性化分析工具、模態分析工具、頻譜分析工具和模型簡化工具等。

2.2 建立仿真模型

根據圖1所示三級電液伺服閥的結構原理將模型分為: 先導閥、功率滑閥和伺服控制3個部分。

先導閥選用AMESim 軟件液壓庫中標準的二級伺服閥模塊, 此模塊考慮了先導閥的靜態特性和動態特性, 并按國外已有的標準產品的特性來設置參數。如圖3所示。

 
圖3 先導閥模型圖

功率滑閥模型選用AMESim 軟件液壓元件設計庫、液壓庫和機械庫中的模塊來建立, 如圖4 所示。在功率滑閥模型中, 用模塊5來考慮閥芯的質量、閥芯的粘性阻尼、閥芯所受庫侖摩擦力和限制閥芯的行程; 用模塊3、4、6、7、10和11來考慮閥芯所受的液動力、閥芯和閥套的徑向間隙以及節流棱邊的重疊量; 用模塊1、2、8和9來考慮閥芯兩端控制面積和控制腔的容積。
 

圖4 功率滑閥模型圖

將先導閥模型與功率滑閥模型連接起來, 再加上伺服控制部分、控制信號源, 接上壓力油源和油箱, 將功率滑閥模型的A口和B 口通過一個帶控信號的節流閥模塊連接起來。這樣就得到了完整的三級電液伺服閥仿真模型, 如圖5所示。
 

圖5 三級電液伺服閥模型圖